Prototypen Sechs Verfahren für schnelle Modelle

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Mithilfe verschiedener Verfahren lassen sich Prototypen detailgenau in kurzer Zeit herstellen und auf Herz und Nieren testen, bevor sie in Produktion gehen. Kremer bietet für jeden Zweck die passende Technik.

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Schutzklappe mit Faltenschlauch: Prototyp (links) und korrigierte Version (rechts)
Schutzklappe mit Faltenschlauch: Prototyp (links) und korrigierte Version (rechts)
(Bild: Kremer)

Die Aufgabenstellung: Der Faltenschlauch einer Schutzkappe soll sich um 90 ° nach oben biegen lassen. Dafür wird im 3D-Druckverfahren ein Prototyp nach den Vorstellungen des Kunden angefertigt. Die Analyse des Prototypen zeigt, dass die Anzahl der Schlauchfalten, um die gewünschte Biegung zu erreichen, nicht ausreicht. Die Konstruktion wird entsprechend angepasst, ein überarbeiteter Prototyp entworfen.

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Dank der Möglichkeiten des Rapid Prototyping ist dieser Prozess schnell und kostengünstig absolviert. Erst danach wird die Herstellung des nötigen Werkzeugs in Angriff genommen, das die Serienfertigung ermöglicht. Unnötige Kosten für nachträgliche Fehlerkorrekturen werden so vermieden. Nur ein Beispiel, wie Rapid Prototyping von Kremer die Produktentwicklung schon heute erheblich vereinfacht und optimiert.

Die Verfahren im Einzelnen

Der 3D-Druck ist ein besonderes Verfahren: Es ermöglicht die Anfertigung detailgetreuer, maßgenauer und formstabiler, auch mehrteiliger Prototypen aus unterschiedlichen Materialkombinationen in einem Arbeitsschritt. Die Time to Market wird dank dieser Technologie erheblich verkürzt.

Auch die Herstellung des zur Serienproduktion notwendigen Werkzeugs funktioniert im 3D-Printer: Beim sogenannten Rapid Tooling, dem schnellen Werkzeugbau, wird durch Abgießen des Prototyps eine Negativform aus Silikon, Kunststoff oder Metall erzeugt, welche je nach Komplexität oder Beschaffenheit des Materials für mehrere Tausend Abformungen geeignet ist. All diese Faktoren machen das 3D-Drucken zur derzeit genauesten und vielseitigsten Technologie des Rapid Prototyping und prädestinieren sie als wertvolles Handwerkszeug in der Projektentwicklung.

Aber der 3D-Druck von Prototypen und Modellen aus Kunststoffen ist nur eine von vielen Optionen, die bei Kremer zur Verfügung stehen. Je nach Produktanforderung bieten sich andere Techniken an, wie z. B. das Lasersintern (SLS), die Stereolithografie (SLA), die Vakuumgusstechnik, das Alutooling oder das Wasserstrahlschneiden.

Beim selektiven Lasersintern (SLS) werden anhand von 3D-Daten räumliche Strukturen durch Sintern eines pulverförmigen Kunststoffs erzeugt. Hauchdünne Pulverschichten werden dabei nach und nach via Laser gesintert, bis am Ende das fertige Objekt vorliegt. Die Methode ermöglicht nicht nur die Konstruktion jeder beliebigen dreidimensionalen Form, ihr Vorteil liegt auch in der Verwendung seriennaher Werkstoffe wie Polyamid, Polystyrol (PS) sowie Polypropylen (PP).

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In der Stereolithografie (SLA) wird ein Objekt ebenfalls nach 3D-Vorlage Schicht für Schicht durch Lichtaushärtung von Kunststoffen wie Acryl-, Epoxid- oder Vinylesterharz aufgebaut. Die Methode ist vor allem für die Konstruktion von Anschauungsmustern mit hoher Anforderung an Detailwiedergabe und Oberflächenqualität die erste Wahl.

Ein sehr einfaches, kostengünstiges und daher weit verbreitetes Verfahren ist die Vakuumgusstechnik, die schwerpunktmäßig für Polyurethan-, aber auch Silikon-Teile eingesetzt wird. Unter Luftabschluss wird Kunststoff in eine Form aus Silikonkautschuk gegossen. Die große Auswahl verschiedener Werkstoffe ermöglicht die schnelle Anfertigung von Teilen unterschiedlichster Eigenschaften. Gerade bei kleineren Stückzahlen ist das Verfahren eine ausgezeichnete Alternative.

Beim Wasserstrahlschneiden schneidet ein Hochdruckwasserstrahl (bis zu 6.000 bar) beliebige Formen aus unterschiedlichsten Werkstoffen. Da dabei keine Hitze entsteht, eignet sich die Methode sogar zur Metallbearbeitung. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Verfahrens: Anders als bei Stanzungen fallen Dichtungs- und Isoliermaterialien der Schnittbilder nicht konkav aus.

Bei der Anfertigung von werkzeuggebundenen Formteilen aus Kunststoff und TPE hat sich das Alutooling bewährt. Selbst die Realisierung von Mehrkomponententeilen ist kein Problem. Für den Serienspritzguss werden haltbare Aluminium-Werkzeuge nach Maß hergestellt. Die kontinuierliche Weiterentwicklung verschiedener Aluminiumsorten eröffnet immer neue Möglichkeiten: So haben sich Aluminiumwerkzeuge in den letzten Jahren zum Stand der Technik entwickelt. (qui)

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